京九線贛江北橋橋區中洪水期通航水流條件分析

胡寶瑤，鄧涯，馬愛興，胡穎

（1．江西省港口集團有限公司，江西 南昌 330008;2．南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210029;3．南京水利科學研究院港口航道泥沙工程交通行業重點實驗室，江蘇 南京 210029）

贛江是江西省“一縱兩橫四支”高等級航道網中的關鍵“一縱”，在沿江企業貨運運輸和江西省綜合交通運輸體系中占據重要地位。目前，贛江下游航道等級為Ⅱ級，設計通行船舶為2000t 級，然而在中洪水期航道水深充足，近萬噸級船舶也時常航行于贛江下游航段。然而，贛江下游沿線橋梁眾多、歷史久遠、通航孔尺度偏小，而中洪水期部分橋區段水流急、交角大、橫流強，易發生撞擊橋墩等事故，其中以修建于上世紀60年代的京九線贛江北橋為最為典型。

目前，針對中洪水期船舶通航的問題，國內已有相關學者開展了橋區通航船舶尺度、可通航時期、洪水航路與通航水流條件等相關研究，其中，橋區通航水流條件的認識是保障中洪水期船舶安全通航的前提。因此，本文依托贛江下游南昌至昌邑二維水流數學模型，對京九線贛江北橋橋區在中洪水期的通航水流條件及可通航船舶尺度進行了計算與分析，研究成果可為水運主管部門在中水洪水期船舶航行管理中提供技術參考。

1 京九線贛江北橋基本情況

京九線贛江北橋地處江西省南昌市境內，下距英雄大橋670m，以（32+3×64+10×32）m 簡支梁跨越贛江西河，于1962年建成通車，全長544m。目前為右側2#（上行）、3#（下行）兩孔通航，通航孔跨徑64m，主墩為雙排圓墩，直徑4.5m，見圖1。

圖1 京九線贛江北橋位置示意圖

橋址河道由西南折向正北，橋址上游左岸布置有多條束水丁壩，河槽居于右側。橋區航段屬于贛江高等級航道南昌～湖口段，航道現狀等級為Ⅱ級，通航代表船型為2000 噸級，航道尺度為2.8×75×550m（航深×航寬×最小彎曲半徑），規劃為深水航道。

2 研究工況

根據1990～2015年外洲站流量資料統計，外洲站多年平均流量為2251m/s，2010～2015年外洲站最大流量為21500m/s（2010年6月22日）。因此，數學模型選取流量3000～21000m/s，共8 級流量，見表1。

表1 研究工況

其中，流量3000m/s 與外洲站多年平均流量2251m/s 以及外洲4月份多年月均流量3344m/s 接近；流量21000m/s 與外洲站歷史最大流量21500m/s 接近。數模下邊界昌邑水位根據外洲站流量與昌邑站水位關系確定，并考慮中枯水期鄱陽湖頂托影響。

3 橋區河道水流特性

3.1 中水期

在流量3000m/s（昌邑水位12.53m）和7000m/s條件下，橋址上游左岸兩條丁壩束水作用仍較為明顯，主流流向仍順沿右岸河勢。上游航道線由河心主流區偏向右岸近岸流速較小的區域，后順岸進入通航孔，孔內水流因縮窄而流速較大，基本在0.8～0.9m/s 和1.1～1.2m/s，雙排橋墩間及墩前后形成0.5～0.8m/s 的緩流區。在通航孔的左墩右前側出現一定范圍的橫流，橫流約0.2m/s 和0.3m/s。

在受下游鄱陽湖水位頂托（15.25～ 17.05m）的中枯水條件下，橋區河段流速明顯較小，流速在0.2m/s 以下，橋址局部在0.2～0.3m/s，橋墩附近的橫流進一步縮小，基本在0.3m/s 以內。

3.2 洪水期

在洪水流量11000～21000m/s 時，橋址上游束水丁壩完全被淹沒，對河道主流挑流作用減弱，主流方向基本與上游來流一致，但在橋址附近受河勢控制而調整。隨流量的增加，通航孔橋墩的束水作用逐漸增強，墩后的尾流區范圍也有所增大。在流量11000m/s、15000m/s 和19000m/s 條件下，通航孔范圍內流速基本在1.2～1.4m/s、1.3～1.6m/s 和1.5～1.7m/s。

圖2 中水期橋區附近河道水流特性及橫流范圍

但由于左通航孔靠近主流，孔內流速相比右孔較大。同時，由于洪水流量下河道主流基本順沿上游來流，水流流向與橋軸線法線夾角相對較大，隨著流量的增加左右通航孔內左墩右前側的0.3m/s 橫流范圍也在逐漸向通航孔內擴展，橋墩附近最大橫流逐漸增至0.5m/s。

4 橋區航道通航水流條件

除中水流量3000m/s 外，橋區范圍內縱向流速由上游至下游表現為先減后小幅增加、橋址達至峰值后繼續減小，橋址最大縱向流速為0.8～1.67m/s。橫向流速沿程變化規律與縱向流速相似，也是在上游300～400m 減小至最小，橫流接近于0m/s，而后又在橋址處達至峰值，但均小于0.3m/s。

圖3 洪水期橋區附近河道水流特性及橫流范圍

受河勢的影響橋區范圍上游來流與橋軸線法向存在較大交角（19～25°），而后繼續有所增大，但不超過30°，之后受右岸河勢的控制水流開始逐漸向橋軸線法線方向偏轉，通航孔內交角基本在10°左右，而后在下游繼續減小，基本在3°附近。

圖4 橋區通航水流條件沿程變化（孔3#中心）

根據《內河通航標準》（GB 50139-2014）[8]中附錄C 天然河流水上跨河建筑物通航凈寬計算方法，對中洪水期不同流量級下京九線贛江北橋單個通航孔（跨徑64m、凈跨59.5m）內可通航的凈寬（B 正）進行了計算，在54.1～55.6m，見表2。由于隨著流量級的增加，橋區航道內橋軸線法向與水流交角由7.59°增至11.14°，最大橫流也相應由0.100m/s 增至0.389m/s，所以通航孔內可通航船舶尺度（Bs 單船+0.1L 單船）也由28.5m 逐步減小為18.5m。

表2 中洪水期京九線贛江北橋單個通航孔內可通航的船舶寬度

5 結論

（1）在中水期橋區靠近主流的孔3#內流速較大，在1.1～1.2m/s，0.3m/s 以上橫流僅小范圍在橋墩右前側；隨著下游湖區水位頂托，橋區內河道水流明顯減弱。

（2）在洪水期橋區主流取直，與橋軸線法向交角增加，通航孔內流速在1.2～1.7m/s，0.3m/s 以上橫流范圍向航中擴展，橋墩附近橫流增至0.5m/s。

（3）中洪水期橋區（航中）縱、橫向流速上下游較小、橋址較大，橋址處橫流小于0.3m/s；交角則是由上游逐漸向下游減小，通航孔內交角基本在10°左右。

（4）中洪水期隨著流量的增加，橋軸線與主流交角、最大橫流均相應增加，橋區通航孔內可通航船舶尺度（Bs單船+0.1L 單船）由28.5m 縮減至18.5m。